Синтетический элемент — один из 24 известных химических элементов , которые не встречаются в природе на Земле : они были созданы человеком в результате манипулирования фундаментальными частицами в ядерном реакторе , ускорителе частиц или в результате взрыва атомной бомбы ; таким образом, их называют «синтетическим», «искусственным» или «искусственным». Синтетическими элементами являются элементы с атомными номерами 95–118, как показано фиолетовым цветом в прилагаемой таблице Менделеева : [1] эти 24 элемента были впервые созданы между 1944 и 2010 годами. Механизм создания синтетического элемента заключается в том, чтобы заставить дополнительные протоны в ядро элемента с атомным номером ниже 95. Все известные (см.: Остров стабильности ) синтетические элементы нестабильны, но распадаются с очень разными скоростями: период полураспада их самых долгоживущих изотопов колеблется от микросекунд до миллионы лет.
Еще пять элементов, впервые созданных искусственно, строго говоря, не являются синтетическими , поскольку позже были обнаружены в природе в следовых количествах: 43 Tc , 61 Pm , 85 At , 93 Np и 94 Pu , хотя иногда их относят к синтетическим наряду с исключительно искусственными элементами. . [2] Первый, технеций, был создан в 1937 году. [3] Еще одним таким элементом является плутоний (Pu, атомный номер 94), впервые синтезированный в 1940 году. Это элемент с самым большим числом протонов (атомным номером), встречающимся в природе, но в таких крошечных количествах, что его гораздо практичнее синтезировать. Плутоний известен главным образом тем, что его используют в атомных бомбах и ядерных реакторах. [4]
Никакие элементы с атомными номерами больше 99 не имеют никакого применения за пределами научных исследований, поскольку они имеют чрезвычайно короткий период полураспада и, следовательно, никогда не производились в больших количествах.
Все элементы с атомным номером более 94 достаточно быстро распадаются на более легкие элементы, так что любые их атомы , которые могли существовать во время образования Земли (около 4,6 миллиардов лет назад), уже давно распались. [5] [6] Синтетические элементы, присутствующие сейчас на Земле, являются продуктом атомных бомб или экспериментов, в которых используются ядерные реакторы или ускорители частиц , посредством ядерного синтеза или поглощения нейтронов . [7]
Атомная масса природных элементов основана на средневзвешенном содержании природных изотопов в земной коре и атмосфере . Для синтетических элементов не существует «естественного изотопного изотопа». Поэтому для синтетических элементов общее количество нуклонов ( протонов плюс нейтронов ) наиболее стабильного изотопа , то есть изотопа с самым длинным периодом полураспада , указано в скобках как атомная масса.
Первым элементом, который был синтезирован, а не открыт в природе, был технеций в 1937 году . [8] Это открытие заполнило пробел в таблице Менделеева , а тот факт, что технеций не имеет стабильных изотопов , объясняет его естественное отсутствие на Земле ). [9] Поскольку самый долгоживущий изотоп технеция, 97 Tc, имеет период полураспада 4,21 миллиона лет , [10] от образования Земли не осталось технеция. [11] [12] Лишь незначительные следы технеция естественным образом встречаются в земной коре — как продукт спонтанного деления 238 U или в результате захвата нейтронов молибденом — но технеций естественным образом присутствует в звездах красных гигантов . [13] [14] [15] [16]
Первым полностью синтетическим элементом был кюрий , синтезированный в 1944 году Гленном Т. Сиборгом , Ральфом А. Джеймсом и Альбертом Гиорсо путем бомбардировки плутония альфа- частицами . [17] [18]
Вскоре последовал синтез америция , берклия и калифорния . Эйнштейний и фермий были открыты группой учёных под руководством Альберта Гиорсо в 1952 году при изучении состава радиоактивных обломков взрыва первой водородной бомбы. [19] Были синтезированы изотопы эйнштейний-253 с периодом полураспада 20,5 дней и фермий-255 с периодом полураспада около 20 часов. Затем последовало создание менделевия , нобелия и лоуренция .
В разгар Холодной войны команды из Советского Союза и США независимо друг от друга создали резерфордий и дубний . Название и заслуга синтеза этих элементов оставались нерешенными в течение многих лет , но в конечном итоге общая заслуга была признана ИЮПАК / ИЮПАП в 1992 году. В 1997 году ИЮПАК решил дать дубнию свое нынешнее название в честь города Дубны , где работала российская команда. поскольку названия, выбранные американцами, уже использовались для многих существующих синтетических элементов, а название « рутерфордий» (выбранное американской командой) было принято для элемента 104.
Тем временем американская команда создала сиборгий , а следующие шесть элементов были созданы немецкой командой: борий , хассий , мейтнерий , дармштадтий , рентгений и коперниций . Элемент 113, нихоний , был создан японской командой; последние пять известных элементов, флеровий , московий , ливерморий , теннессин и оганессон , были созданы в результате российско-американского сотрудничества и завершают седьмой ряд таблицы Менделеева.
Следующие элементы не встречаются на Земле в природе. Все они являются трансурановыми элементами и имеют атомные номера 95 и выше.
Все элементы с атомными номерами от 1 до 94 встречаются в природе, по крайней мере, в следовых количествах, но следующие элементы часто производятся путем синтеза.
Технеций, прометий, астат, нептуний и плутоний были открыты путем синтеза до того, как были обнаружены в природе.